本科生《数字电路与EDA实验》教学大纲.docx

本科生：数字电路与EDA实验教学大纲课程编号：IB7003课程名称：数字电路与EDA实验英文名称：DigitalCircuitandEDAExperiment学分/学时：2/32 课程性质：电子工程学院必修课、校公共选修课适用专业：所有电气信息类专业建议开设学期：上、下学期先修课程：数字电子技术基础开课单位：电工电子教学基地，电子工程学院一、课程的教学目标与任务开设此课程的目的是向学生介绍使用EDA技术和工具开发高密度可编程逻辑器件及设计数字系统硬件电路的基本方法，希望通过该课程的学习，为今后的学习和工作打下坚实的基础，促进数字系统设计水平的提高。二、课程具体内容及基本要求（一)现代数字系统设计方法与传统设计方法的比较及其演变过程（1学时）1.基本要求结合数字逻辑与系统设计课程，比较现代数字系统设计方法与传统设计方法的优缺点，并对比两种设计方法之间的联系。2.重点、难点重点：由传统的数字系统设计方法过渡到现代数字系统设计方法。难点：理解现代数字系统设计方法的基本思想。3.作业及课外学习要求复习数字逻辑与系统设计课程中传统数字系统设计方法。搜集相关资料，学习现代数字系统设计方法所需要的工具及编程语言。（二）高密度在系统可编程逻辑器件的分类、内部结构（1学时）1基本要求了解现代数字系统设计方法与过程，掌握新型可编程逻辑器件（CPLD、FPGA）的基本结构及主要功能模块。2重点、难点重点：新型CPLD、FPGA内部结构、功能模块。难点：功能模块的应用。3.作业及课外学习要求认真分析各种可编程逻辑器件的内部结构，了解可编程器件实现数字系统的基本原理。（三）Altera公司EDA开发工具QuartusII的使用、输入方法总体介绍（2学时）1.基本要求熟练掌握现代数字系统设计EDA软件的使用，掌握EDA软件的基本工作流程。2.重点、难点重点：EDA软件的使用方法。难点：理解EDA软件的工作流程。3.作业及课外学习要求安装Altera公司EDA软件QuartusII，按照“Help”中的流程熟悉软件工作流程。（四）QuartusII原理图输入法以及HDL输入法（2学时）1基本要求掌握QuartusII软件的基本输入方法，包括原理图输入和硬件描述语言输入。熟悉采用EDA工具进行数字系统设计的设计流程。2重点、难点重点：QuartusIIEDA软件的基本输入方法。难点：采用EDA工具进行系统设计的操作流程。3.作业及课外学习要求将数字逻辑与系统设计教材中的逻辑电路输入到QuartusII的原理图编辑器，熟练掌握EDA软件的原理图输入方法。搜集相关资料，熟悉数字系统的硬件描述语言设计方法。（五）HDL设计方法及项目的编译、综合、适配（4学时）1基本要求掌握QuartusII软件的编译、综合、适配方法，了解各编译模块的使用目的。2重点、难点重点：理解QuartusII编译过程。难点：编译过程的控制及目的。3.作业及课外学习要求进一步学习HDL设计方法，理解HDL的编程思想及执行过程，熟练掌握EDA软件对设计项目的完全编译过程及目的。（六）HDL设计方法及设计项目的仿真、定时分析（2学时）1基本要求掌握HDL设计方法，学习EDA软件对设计项目的功能仿真及时序分析过程，并能够根据仿真结果分析功能是否满足设计要求，时序是否满足延时要求。2重点、难点重点：掌握设计项目的功能仿真及时序分析过程。难点：看懂仿真波形及定时分析结果。3.作业及课外学习要求练习设计项目的HDL设计方法，并通过EDA软件对设计项目进行功能仿真及时序分析，从时序分析报告中给出设计项目的延时参数。（七）HDL设计方法及设计项目的外部引脚分配、下载调试（2学时）1基本要求掌握QuartusII中设计项目的功能仿真及定时分析的方法及目的，掌握设计项目的器件选择、引脚约束及下载调试的方法。2重点、难点重点：功能仿真、时序分析和引脚约束。难点：查看功能仿真波形及硬件调试过程。3.作业及课外学习要求完成课上必做题目的设计，包括设计输入、编译、仿真，并按照给定的开发板对设计项目进行器件选择及引脚锁定，然后进行完全编译，查看是否产生下载文件。搜集相关资料，进一步掌握EDA软件的完整设计过程。（八）SOPC设计过程及NiosII嵌入式软核系统设计方法（2学时）1基本要求了解SOPC设计过程及基于FPGA的嵌入式系统设计方法。2重点、难点重点：了解FPGA的嵌入式系统设计过程。难点：软核CPU的定制。3.作业及课外学习要求认真阅读教材，熟悉EDA开发工具进行现代数字系统设计、仿真、综合、调试方法，掌握EDA设计工具和开发流程。完成要求的必做设计题目，并在EDA实验室提供的实验板上验证。（九）综合设计及硬件调试与测试（16学时）在老师给出的综合设计题目中任选一题作为该课程综合设计题目，可以单人完成，也可以2-3人合作完成。也可以自己选题，在任课教师认可的情况下作为该课程的综合设计题目。1基本要求通过综合设计题目，熟练掌握EDA技术的现代数字系统设计方法。2重点、难点重点：完成综合设计题目的设计方案、设计输入、编译、仿真与下载调试。难点：设计项目的调试及结果分析。3.作业及课外学习要求查阅相关资料，完成综合设计题目的设计，并下载到开发板上验证设计结果；完成设计报告。三、教学安排及方式总学时10+6+6=32学时，其中：讲授10学时，实验6学时，多种形式16学时。序号课程内容学时教学方式1数字系统设计方法及可编程器件结构2讲授2HDL语言的数字系统设计方法8讲授3EDA开发工具QuartusII的综合应用实验6实验4EDA工具及综合设计12多种形式5硬件调试与测试4多种形式注：教学方式填写“讲授、实验或实践、上机、综合练习、多种形式”。四、本课程对培养学生能力和素质的贡献点通过10课时讲授现代数字系统设计方法及HDL数字系统设计思想，让学生体会到复杂数字系统设计的新方法及新技术。通过22课时的多种形式的综合设计与硬件测试的实践课程，结合数字电子技术基础先修理论课程，让学生体会到经典的数字系统设计方法并没有过时，培养学生脚踏实地，将所学基础理论应用于现代数字系统设计实践中，用EDA新技术培养创新能力的同时，全面提高自身综合素质。五、考核及成绩评定方式最终成绩由平时成绩、综合设计报告及硬件测试成绩等组合而成。各部分所占比例如下：平时成绩：15%。主要包括出勤及对知识点的理解和掌握程度。综合设计报告成绩：70%。主要考核对综合设计的选题目的、方案分析与比较、设计过程、综合仿真及发现问题、分析问题和解决问题的能力。硬件测试成绩：15%。主要考核发现、分析和解决问题的能力，以及语言表达能力。可在一定形式下进行宣讲、答辩，最后评定综合测试成绩。综合设计题目来源及实施过程说明：在课程给定的题目中任选一个作为自己的综合设计项目（也可自己选题但须经过老师同意方可作为综合设计项目），要求独立设计完成，给出设计实现方案、原理框图以及关键部分的仿真结果，并在提供的实验板上进行验证。在课程结束一周内提交整个设计内容的设计报告以及学习该课程的体会和建议。六、教材及参考书目教材：基于FPGA的嵌入式系统设计AlteraSoCFPGA（第2版），任爱锋等编写，西电出版社，2014年。参考书目：1数字逻辑基础与VHDL设计，StephenBrown（加拿大）主编，清华大学出版社2数字逻辑基础与Verilog设计，StephenBrown（加拿大）主编，机械工业出版社3.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计（第三版），侯伯亨主编，西电出版社4.数字电子技术基础（第二版），杨颂华主编，西电出版社七、说明（一）与相关课程的分工衔接学生在选修本课程前，必须掌握计算机的基本操作方法，修完数字电子技术基础课程。本课程在国家电工电子教学基地E